水熱法Bi12SiO20晶體形貌特征研究.pdf

1、Bi12SiO20(簡稱BSO),軟鉍礦結(jié)構(gòu),立方晶系體心結(jié)構(gòu),空間群為I23。BSO具有壓電、電光、光折變、光電導(dǎo)、磁光、聲光、旋光等多種性能,在光學(xué)信息處理、各種傳感器元件等方面廣泛應(yīng)用。一直以來,提拉法是國內(nèi)外生長BSO晶體最常用的方法,但該法生長的晶體缺陷較多,尤其是在光學(xué)均勻性方面。而采用水熱法生長的晶體缺陷較少、質(zhì)量較高,已成為生長高質(zhì)量BSO晶體的一種有效途徑。本文主要對水熱法BSO晶體的形貌特征進(jìn)行分析研究。
　　

2、本文運(yùn)用水熱法生長BSO晶體,得到兩種不同的結(jié)晶形態(tài),分別呈:四面體{111}和三角三四面體{211}的聚形;立方體{100}和菱形十二面體{110}的聚形。運(yùn)用布拉維法則、唐奈-哈克理論對這兩種結(jié)晶形態(tài)進(jìn)行分析,計算后得到晶體中各單形晶面的相對生長速度及顯露程度。文章初步討論了晶體形態(tài)發(fā)生改變的原因,生長晶體的溶液過飽和度發(fā)生變化對晶體形態(tài)的改變有重大影響。
　　運(yùn)用偏光顯微鏡、微分干涉相襯顯微鏡及倒置金相顯微鏡對晶體表面的微觀

3、形貌進(jìn)行觀察研究,發(fā)現(xiàn)每個單形晶面的微形貌均有其自己的特征。{100}晶面以橢球形生長丘為主。{110}晶面生長有眾多生長丘及生長臺階。{211}晶面形貌特征豐富多樣,有生長丘、平行條紋狀的生長臺階等。{111}晶面生長有生長丘、生長臺階并出現(xiàn)螺旋生長紋,表現(xiàn)有明顯的三次對稱特征。
　　本文從晶體結(jié)構(gòu)出發(fā),通過PBC周期性鍵鏈理論對晶體的微形貌特征進(jìn)行分析解釋。BSO晶體有兩條基礎(chǔ)PBC鍵鏈,[100]方向PBC和[111]方向P

4、BC。各單形晶面PBC鍵鏈的排布情況不同,{110}晶面有平行于[100]、[111]、[111]三個方向的鍵鏈,屬F面,該面微形貌符合F面特征。{100}晶面有平行于[001]及[010]方向的兩條鍵鏈,也屬F面,其微貌特征也符合F面特征。{211}晶面有一條平行[111]方向的PBC鍵鏈,屬S面,晶面微形貌特征與S面相符合。{111}晶面沒有與之平行的PBC鍵鏈,應(yīng)屬K面,但該面微形貌顯現(xiàn)的是F面特征,與理論不相符。此時,{111}

5、面從K面轉(zhuǎn)變成了F面。PBC理論是存在一定缺陷的,{111}面的轉(zhuǎn)變可能是由于晶體實際生長時受到一些外部環(huán)境因素的影響,而這些影響因素卻沒能融合到理論中,使得一些現(xiàn)象無法解釋。
　　本文采用侵蝕法對BSO晶體中{100}、{110}、{111}和{211}四個單形晶面做了進(jìn)一步研究。經(jīng)多次實驗,選用37％的HCl和CH3COOH的混合溶液做腐蝕劑,得到的蝕像十分清晰。實驗發(fā)現(xiàn)BSO晶體的腐蝕速度非常快,室溫下約2～3min即可完成